Materiales de construcción: hormigón pretensado

Transcripción

1 Materiales Hormigón pretensado - 1 Materiales de construcción: hormigón pretensado Materiales Hormigón pretensado - 3 COCEPTO Cuando no es suficiente con armar el hormigón (grandes luces o cargas), se usa hormigón pretensado. Se denomina pretensado porque dicho proceso se realiza antes de que la estructura tome cargas externas. A su vez, las armaduras pueden ser pretesas o postesas según se pongan en tensión antes o después de hormigonar 1

2 Concepto: comportamiento tensional Flexión Materiales Hormigón pretensado - 5 COCEPTO - FLEXIÓ SIMPLE Pongamos un caso similar al que pusimos en el hormigón armado. p L Mf max = p L 2 /8 2

3 Materiales Hormigón pretensado - 6 COCEPTO - FLEXIÓ SIMPLE Ya conocemos cómo va a ser la deformada, y dónde va a haber compresiones y tracciones y, por tanto, fisuras: Por tanto, es en la parte de abajo de la viga donde deberíamos pretensar. Materiales Hormigón pretensado - 7 COCEPTO - FLEXIÓ SIMPLE Solución: se disponen barras de acero pretraccionadas en la zona donde hay tracciones, perpendiculares a las posibles fisuras: 3

4 Materiales Hormigón pretensado - 8 COCEPTO Concepto básico: Se introduce un tendón (barra o barras de acero) y se pretensa. (Lacroix y Fuentes) Tendón Materiales Hormigón pretensado - 9 COCEPTO Concepto básico: (1) Tracción en el tendón; alargamiento del mismo en estado elástico. (2) El tendón queda rodeado por el hormigón, adherido a él; o aislado del mismo pero con anclajes (topes) al final de la viga (3) Liberamos al tendón de la tracción: el acortamiento lo impiden el hormigón o los anclajes, y ello genera precompresión 4

5 Materiales Hormigón pretensado - 10 COCEPTO Concepto básico: Dicha precompresión evita las tracciones en el seno del hormigón, con lo cual hemos solucionado el problema que teníamos. Materiales Hormigón pretensado - 11 COCEPTO Si la viga pudiese resistir tracciones, sus solicitaciones internas serían (en función de sus flectores): Máximo Mf en sección central (Lacroix y Fuentes) 5

6 Materiales Hormigón pretensado - 12 COCEPTO Tendón lineal centrado: comportamiento Sea un tendón lineal centrado (colocado en su cdg) pretensado p = peso propio y cargas externas T = precompresión Tendón en cdg T l p T (Lacroix y Fuentes) COCEPTO Tendón lineal centrado: comportamiento Aplicamos un T (pretensado) tal que las compresiones por su causa igualen a las tracciones en la sección central a causa de p. Materiales Hormigón pretensado - 13 Calculamos los flectores (diagrama A) y los axiles (diagrama B). Y calculamos las solicitaciones en la sección central de la viga mediante la suma de las que sufre dicha sección debido a dichos flectores (A) y axiles (B). 6

7 Materiales Hormigón pretensado - 14 COCEPTO Tendón lineal centrado: comportamiento Resultado: no hay tracciones, pero las compresiones son muy altas pp. y cargas ext. + pretensado = O tracciones Sección central + = (Lacroix y Fuentes) Compresiones muy altas COCEPTO Tendón lineal descentrado: comportamiento Ahora vamos a bajar más el tendón, hasta determinado punto (ver + adelante) T T e l p g = carga permanente / p q = carga variable T = precompresión T e = momento generado por la excentricidad del tendón p g + p q T T e Materiales Hormigón pretensado - 19 Tendón por debajo del núcleo central de la sección e (Lacroix y Fuentes) 7

8 COCEPTO Tendón lineal descentrado: comportamiento T y e con valores tales que, por sí solos, las tracciones que provocan en la parte superior de dicha sección son iguales a las compresiones que provoca la carga permanente p g ; y las compresiones que provocan en la parte inferior son iguales a las tracciones que provocan las cargas totales p g +p q. Materiales Hormigón pretensado - 20 Calculamos los flectores debidos a p g (diagrama a 1 ) y a p q (diagrama a 2 ), y al momento causado por el pretensado (diagrama b), y calculamos los axiles (diagrama c). Vamos a calcular, al igual que antes, las solicitaciones en la sección central de la viga mediante la suma de las que sufre dicha sección debido a flectores y axiles; pero ahora vamos a separar las partes correspondientes a p g y a p q. COCEPTO Tendón lineal descentrado: comportamiento Materiales Hormigón pretensado - 21 Sumando las tensiones a causa de a1 y a2 tenemos las cargas totales, sin contar el pretensado (a 1 +a 2 ). Sumando las tensiones a causa de b y c tenemos las de pretensado (b+c). 8

9 COCEPTO Tendón lineal descentrado: comportamiento Materiales Hormigón pretensado - 22 Si a las de pretensado (b+c) les sumamos solamente las de la carga permanente (a 1 +b+c), tenemos tracciones nulas en la parte superior, contando sólo con el peso propio (pp.) de la viga. Y si a todo lo anterior le sumamos las de la carga variable (a 1 +a 2 +b+c) tenemos todas las cargas, siendo nulas las tracciones en la parte inferior de la sección. Materiales Hormigón pretensado - 23 COCEPTO Tendón lineal descentrado: comportamiento Resultado: sólo con el pp. ya no hay tracciones, y la tensión máxima depende de la carga variable (σ q )... pp. + pretens. = O tracciones h e (Lacroix y Fuentes) 9

10 Materiales Hormigón pretensado - 24 COCEPTO Tendón lineal descentrado: comportamiento Resultado:... y con todas las cargas, tampoco hay tracciones, siendo de nuevo σ max = σ q... pp. y pretensado + carga ext. = O tracciones h e (Lacroix y Fuentes) COCEPTO Tendón lineal descentrado: comportamiento ota final: Todo esto es en el centro de la viga, donde σ g es máxima. Si nos acercamos a los apoyos la σ g va tendiendo a anularse, mientras que las tensiones de pretensado son las mismas, ya que el flector y el axil generados por el pretensado son constantes a lo largo de la viga (no sucede así con el flector por las cargas gravitatorias). Por tanto en los apoyos podríamos llegar a tener tracciones antes de poner la estructura en servicio, algo que no deseable en el pretensado. Por ello, si es necesario, el tendón se sube cerca de los apoyos (armaduras postesas), hasta posiciones cerca del centro, o se generan zonas no adheridas en los extremos (ver más adelante). Materiales Hormigón pretensado

11 Materiales Hormigón pretensado - 26 COCEPTO Tendón lineal descentrado: comportamiento Resultado:... es decir, con el pretensado que se comenta, las tensiones extremas de la sección no dependen de la carga de peso propio, sino sólo de las variables: en el hormigón pretensado la carga permanente es gratuita (ventaja). Esto no siempre es así, dependiendo de las cargas, ya que e no siempre es compatible con la geometría de la sección, ya que e debe ser bastante menor que h/2, porque el tendón debe permanecer dentro del hormigón con un espesor adecuado de hormigón, para poder transmitir correctamente la fuerza del pretensado. Concepto: comportamiento tensional Cortante 11

12 Materiales Hormigón pretensado - 33 COCEPTO - CORTATE Resumidamente, al disminuir el cortante por causa de las precompresiones, necesitamos menos armaduras de cortante que en el hormigón armado, siempre y cuando la compresión sea baja (en cuyo caso, como en toda pieza a compresión, necesitamos pocos cercos; de lo contrario, necesitaremos más cercos y más también más armadura longitudinal de compresión). Concepto: pérdidas 12

13 Materiales Hormigón pretensado - 35 COCEPTO El comportamiento real de la estructura pretensada es mucho más complejo que lo que aquí se acaba de referir, ya que para el cálculo que se ha hecho no se han tenido en cuenta, entre otros varios aspectos: Las pérdidas de tensión por los acortamientos instantáneos del hormigón por la precompresión. Las pérdidas instantáneas debidas al rozamiento entre tendón y vaina (postesado).... Materiales Hormigón pretensado - 36 COCEPTO o se ha tenido en cuenta, entre otros aspectos:... Las debidas a acortamientos diferidos del hormigón por retracción y fluencia. O las debidas a alargamientos diferidos de armaduras activas por relajación isotérmica (pérdida relativa de tensión, a lo largo del tiempo, a una temperatura dada). 13

14 Materiales Hormigón pretensado - 42 COCEPTO Dichas pérdidas reducen la precompresión calculada del modo simplificado que se acaba de ver. Por ello, en el cálculo de la estructura hay que aumentar la precompresión, para tenerlos en cuenta. De todos modos, una vez tenidas en cuenta las pérdidas, el concepto general del hormigón pretensado y de su comportamiento tensional queda aquí reflejado de manera resumida. ARMADURAS PRETESAS Y ARMADURAS POSTESAS: COCEPTO Y PROS-COTRAS Materiales Hormigón pretensado

15 Materiales Hormigón pretensado - 45 ARMADURAS PRETESAS Y POSTESAS Concepto Pretesas: se tesa el tendón, normalmente recto, se encofra, se hormigona y, en su momento, se desencofra y se cortan las armaduras activas transfiriendo a las piezas la fuerza del pretensado (por adherencia) Estribo (empotrado) Moldes Armaduras de pretensado Solera Esquema de una sección longitudinal parcial de una mesa de pretensado (de hormigón armado) ARMADURAS PRETESAS Ejemplo de pistas de pretensado para viguetas y losas de forjado con armaduras pretesas (Castelo) Materiales Hormigón pretensado

16 ARMADURAS PRETESAS: Ejemplo de pistas de pretensado para viguetas y losas de forjado (Castelo) Materiales Hormigón pretensado - 49 Materiales Hormigón pretensado - 50 ARMADURAS PRETESAS Y POSTESAS Concepto Postesas: se prefabrica la pieza en taller o se ejecuta in situ, dejando en su interior una o varias vainas (tubos flexibles); tras el endurecimiento, si ha lugar (prefabricación), se transporta y se pone en obra y, finalmente, se introducen los tendones en las vainas, se ancla un extremo, se tesa y se ancla el otro extremo. (Lacroix y Fuentes) 16

17 ARMADURAS PRETESAS Y POSTESAS Concepto Postesas: tipos de vaina Materiales Hormigón pretensado - 52 Vaina de chapa galvanizada corrugada: tendones adheridos (inyección interior de lechada de cemento; lo más común) (Calavera) Vaina de tubo de plástico: tendones no adheridos (sin inyección o con grasa soluble) Materiales Hormigón pretensado - 54 ARMADURAS PRETESAS Y POSTESAS Pros y contras Pretesas (I): Todo se realiza en taller; prefabricación: rapidez, control, calidad, industrialización. Las posibilidades de armaduras activas que no sean lineales y horizontales son muy limitadas. Por ello es más difícil hacer variar la precompresión ajustándose a las variaciones de los flectores. Tesado de hormigones muy jóvenes: pérdidas de tensión... 17

18 ARMADURAS PRETESAS Y POSTESAS Pros y contras Pretesas (II): Sólo podemos diseñar piezas de este tipo (viga isostática): vigas, losas,... Materiales Hormigón pretensado - 55 Secciones típicas de este tipo de piezas (Calavera) Materiales Hormigón pretensado - 56 ARMADURAS PRETESAS Y POSTESAS Pros y contras Postesas (I): Se prefabrica la pieza en taller o se ejecuta in situ, y el tesado es in situ. Menor grado de industrialización, si lo llega a haber. Menos limitaciones geométricas: el tendón se puede curvar, aunque con ciertas restricciones. Tendones curvos: mayor incertidumbre en la evaluación de las pérdidas de tensión. El hormigón no se tesa tan joven. 18

19 Materiales Hormigón pretensado - 57 ARMADURAS PRETESAS Y POSTESAS Pros y contras Postesas (II): Posible debilidad: armaduras en vainas sin material de relleno o con una inyección de lechada de cemento (recubrimiento de armaduras activas de menor calidad que en el pretesado). Buena protección: inyección de grasa soluble. Con este sistema podemos diseñar piezas (vigas, losas) y conjuntos (vigas continuas, forjados, depósitos,...). ARMADURAS PRETESAS Y POSTESAS Pros y contras Postesas (III): Materiales Hormigón pretensado - 58 OTRAS ESTRUCTURAS VIGAS Secciones de piezas que pueden pretensarse con armaduras postesas, y otras estructuras que pueden pretensarse de esta manera (Calavera) MUROS Y PATALLAS 19

20 Materiales Hormigón pretensado - 59 ARMADURAS PRETESAS Y POSTESAS Pros y contras En ambos casos (pre y postesas): Cubrimos luces mucho mayores (al eliminar las tracciones, que es el problema del hormigón). El hormigón se hace más dúctil (más que el hormigón armado). ormalmente no hay fisuras y, si llegase a haberlas, se cierran al descargar la pieza o al disminuir la carga (normalmente la armadura se va a mantener en régimen elástico).... Materiales Hormigón pretensado - 60 ARMADURAS PRETESAS Y POSTESAS Pros y contras En ambos casos (pre y postesas):... El diseño implica cuidar las solicitaciones de servicio y también el estado de pre-carga, antes de haber solicitaciones exteriores. 20

21 Materiales Hormigón pretensado - 61 ARMADURAS PRETESAS Y POSTESAS Pros y contras En ambos casos (pre y postesas): se generan nuevas zonas de discontinuidad (además de las de los apoyos) que hay que armar: las de anclaje (Calavera) Con armaduras pretesas (Lacroix y Fuentes) Con armaduras pretesas (Calavera) Materiales Hormigón pretensado - 62 ARMADURAS PRETESAS Y POSTESAS Pros y contras En ambos casos (pre y postesas): se generan nuevas zonas de discontinuidad (además de las de los apoyos) que hay que armar: las de anclaje Con armaduras postesas (Calavera) 21

22 ARMADURAS PRETESAS Y POSTESAS Pros y contras Zunchado de zonas de anclaje Materiales Hormigón pretensado - 64 Anclaje activo y su zunchado mediante barra de acero arrollada helicoidalmente (Calavera) El zunchado ayuda al hormigón a resistir las concentraciones de tensiones (de compresión) de esta zona. Materiales Hormigón pretensado - 65 COMPOETES 22

23 COMPOETES Materiales Hormigón pretensado - 66 Hormigón (ya visto) Armaduras pasivas (ya visto: es de aplicación todo lo dicho en la parte de armaduras resistentes del sub-capítulo de hormigón armado) Armaduras activas: Sólo se usan aceros de alta resistencia Resistencias entre y MPa (1.000 MPa = kg/cm2 ±) Existen diferentes tipos de tendones COMPOETES: ARMADURAS ACTIVAS Materiales Hormigón pretensado - 69 En general, se llama tendón al conjunto de armaduras activas alojadas dentro del mismo conducto, que a efectos de cálculo se consideran como una sola armadura Hay que asegurar la inexistencia de defectos (pliegues, estrías, mordeduras, rayado, etc.) Debe haber un recubrimiento mínimo de hormigón para asegurar la transmisión de la fuerza de pretensado que, obviamente, va a ser mayor que en el hormigón armado 23

24 CO ARMADURAS PRETESAS: EJECUCIÓ Materiales Hormigón pretensado - 72 ARMADURAS PRETESAS: EJECUCIÓ 1. Colocación, anclaje y tesado de armaduras, y colocación del molde y ferralla. 2. Hormigonado, compactación y curado 3. Desmoldado (siempre antes de transferencia) 4. Corte de armaduras activas y transferencia de la fuerza de pretensado a la pieza Materiales Hormigón pretensado - 74 La transferencia antes de desmoldar puede destruir el molde (la viga coge contraflecha)!!! Plazo: cuando el hormigón alcanza resistencia suficiente para garantizar el anclaje de armaduras activas por adherencia (de unas horas a 3 días)

25 Ejemplo de fabricación de vigas pretensadas con armaduras pretesas, antes de encofrar (Castelo) Materiales Hormigón pretensado - 79 Ejemplo de fabricación de vigas pretensadas con armaduras pretesas, antes de encofrar (Castelo) Materiales Hormigón pretensado

26 3 2 1 Materiales Hormigón pretensado Esquema de anclaje mediante cuñas 1. Apoyo de la bancada 2. Taco de anclaje (vaciado cónico) 3. Cuña 1ª (exterior en semi-cono truncado y superficie interior cilíndrica dentada) 4. Cuña 2ª 5. Alambre de pretensado Ejemplo de fabricación de vigas pretensadas con armaduras pretesas, antes de encofrar (Castelo) ARMADURAS PRETESAS: EJECUCIÓ Materiales Hormigón pretensado - 83 Zonas no adheridas con tendones pretensados lineales horizontales de armaduras pretesas: otra alternativa para variar la precompresión, ajustándose a las variaciones de los flectores (sólo para vigas o losas isostáticas) Tendón en contacto con el hormigón Tendón vendado o entubado (plástico) Mayor sencillez; menos riesgo; más caro (hay armaduras activas que no trabajan); de uso en grandes elementos isostáticos, con poca frecuencia 26

27 Materiales Hormigón pretensado - 84 ARMADURAS PRETESAS: EJECUCIÓ zonas no adheridas con tendones pretensados lineales horizontales de armaduras pretesas (Cortesía Drace) CO ARMADURAS POSTESAS: EJECUCIÓ Materiales Hormigón pretensado

28 ARMADURAS POSTESAS: EJECUCIÓ 1. Colocación y fijación del molde. 2. Colocación de armaduras pasivas y de vainas. 3. Hormigonado, compactación y curado. 4. Envainado de tendones y desmoldado. 5. Tras alcanzar el hormigón resistencia suficiente, tesado de armaduras. Materiales Hormigón pretensado ARMADURAS POSTESAS: Anclajes Materiales Hormigón pretensado - 92 En ambos extremos del tendón. Anclaje pasivo : es un mero anclaje. Anclaje activo: es el anclaje por el cual se tesa la armadura. 28

29 ARMADURAS POSTESAS: EJECUCIÓ Anclajes Materiales Hormigón pretensado - 94 Ejemplo de anclaje activo MK4 (Calavera) ARMADOS TÍPICOS Materiales Hormigón pretensado

30 : ARMADOS TÍPICOS Ejemplos viga isostática carga uniforme Materiales Hormigón pretensado Armaduras pretesas Armaduras postesas Materiales Hormigón pretensado TRASMISIÓ DE LOS ESFUERZOS DE PRETESADO: ITRODUCCIÓ 30

31 Materiales Hormigón pretensado TRASMISIÓ DE LOS ESFUERZOS DE PRETESADO Simplificación acerca de las transmisiones de esfuerzos en estructuras pretensadas: armaduras pretesas o postesas con tendón adherido Transmisión repartida a lo largo de toda la superficie del tendón (Lacroix y Fuentes) Materiales Hormigón pretensado TRASMISIÓ DE LOS ESFUERZOS DE PRETESADO Simplificación acerca de las transmisiones de esfuerzos en estructuras pretensadas: armaduras postesas con tendón O adherido Transmisión concentrada en los extremos (anclajes) del tendón (Calavera) 31

32 Materiales Hormigón pretensado TRASMISIÓ DE LOS ESFUERZOS DE PRETESADO Simplificación acerca de las transmisiones de esfuerzos en estructuras pretensadas: tendones horizontales no lineales provocan un empuje como el que se refleja en la figura, que genera flectores variables (y cortantes) que se oponen a los de las cargas gravitatorias (Lacroix y Fuentes) Propiedades del hormigón pretensado 32

33 PROPIEDADES Materiales Hormigón pretensado Como en todo composite, adopta las propiedades de sus componentes; fundamentalmente son propiedades similares a las del hormigón armado, pero modificadas: Puede resistir tracciones (y, por tanto, mayores luces, pero no tantas como el acero). Ductilidad (mayor, pero no tanto como el acero) Comportamiento frente a corrosión y fuego adecuados (pero algo peores que en el caso del hormigón armado).... PROPIEDADES Materiales Hormigón pretensado Como en todo composite, adopta las propiedades de sus componentes; fundamentalmente son propiedades similares a las del hormigón armado, pero modificadas:... Reología: retracción y fluencia Excepciones: o fisuración. Monolitísmo: lo más frecuente es diseñar uniones flexibles y estructuras isostáticas; el pretensado en estructuras hiperestáticas, factible y menos frecuente, supone resolver problemas complejos. 33